热处理设备及发展趋势课件

热处理设备及发展趋势王广生1热处理设备及发展趋势王广生1010203概况三点击此处输入相关文本内容整体概况概况一点击此处输入相关文本内容概况二点击此处输入相关文本内容2010203概况三整体概况概况一概况二2一、热处理设备及发展趋势1 概论 热处理设备是指用于实施热处理工艺的装备。在热处理车间内还有维持热处理生产所需的燃料、电力、水、气等动力供应设备，起重运输设备和生产安全及环保设备。1.1 热处理设备分类：通常把完成热处理工艺操作的设备称为主要设备。把与主要设备配套的和维持生产所需的设备称为辅助设备。3一、热处理设备及发展趋势1 概论3主主要要设设备备热处理炉热处理炉辅辅助助设设备备清洗清理设备清洗清理设备加热装置加热装置炉气氛、加热介质、渗剂制备设备炉气氛、加热介质、渗剂制备设备表面改性装置表面改性装置淬火介质循环冷却装置淬火介质循环冷却装置表面氧化装置表面氧化装置起重运输设备起重运输设备表面机械强化装置表面机械强化装置质量检测设备质量检测设备淬火冷却设备淬火冷却设备动力输送管路及辅助设备动力输送管路及辅助设备冷处理设备冷处理设备防火、除尘等生产安全设备防火、除尘等生产安全设备工艺参数检测、控制仪表工艺参数检测、控制仪表夹具等夹具等表1-1 热处理设备分类4主热处理炉辅清洗清理设备加热装置炉气氛、加热介质、渗剂制备设1.2 1.2 热处理炉分类和编号热处理炉分类和编号分类原则分类原则炉炉 型型分类原则分类原则炉炉 型型热源热源 电阻炉、燃料炉、煤气炉、电阻炉、燃料炉、煤气炉、油炉、煤炉油炉、煤炉作业方式作业方式 间歇式炉、连续式炉、脉间歇式炉、连续式炉、脉动式、连续式动式、连续式工作温度工作温度高温炉（高温炉（10001000）中温炉（中温炉（65010006501000）低温炉（低温炉（650650）适用介质适用介质 空气介质炉、火焰炉、可空气介质炉、火焰炉、可控气氛炉、盐浴炉、油浴控气氛炉、盐浴炉、油浴炉、铅浴炉、流态化炉、炉、铅浴炉、流态化炉、真空炉真空炉炉膛形式炉膛形式 箱式炉、井式炉、罩式炉、箱式炉、井式炉、罩式炉、贯通式炉、转底式炉、管贯通式炉、转底式炉、管式炉式炉机械形式机械形式 台车式炉、升降底式炉、台车式炉、升降底式炉、推杆式炉、输送带式炉、推杆式炉、输送带式炉、辊底式炉、振底式炉、步辊底式炉、振底式炉、步进式炉进式炉工艺用途工艺用途 退火炉、淬火炉、回火炉、退火炉、淬火炉、回火炉、渗碳炉、渗氮炉、实验炉渗碳炉、渗氮炉、实验炉控制形式控制形式 温度控制路、工艺过程控温度控制路、工艺过程控制炉、计算机仿真控制炉制炉、计算机仿真控制炉表1-2 热处理炉的分类51.2 热处理炉分类和编号分类原则炉 型分类原则炉 表表1-3 1-3 热处理炉的编号热处理炉的编号类别代号类别代号类别名称类别名称类别代号类别代号类别名称类别名称RBRB罩式炉罩式炉RTRT台车式炉台车式炉RCRC传送带式炉传送带式炉RUNRUN转底炉转底炉RCWRCW网带式炉网带式炉RWRW步进炉步进炉RDRD电烘箱电烘箱RXRX箱式炉箱式炉RFRF强迫对流井式炉强迫对流井式炉RYRY电热浴炉电热浴炉RGRG滚筒式炉滚筒式炉RZRZ振底式炉振底式炉RJRJ自然对流井式炉自然对流井式炉ZCZC真空淬火炉真空淬火炉RKRK坑式炉坑式炉ZTZT真空退火炉真空退火炉RLRL流态粒子炉流态粒子炉ZRZR真空热处理炉和钎焊炉真空热处理炉和钎焊炉RMRM密封箱式淬火炉密封箱式淬火炉ZSTZST真空渗碳炉真空渗碳炉RNRN气体渗氮炉气体渗氮炉ZSZS真空烧结炉真空烧结炉RQRQ井式气体渗氮炉井式气体渗氮炉SCSC实验用坩埚式炉实验用坩埚式炉RRRR辊底式炉辊底式炉SKSK实验用管式炉实验用管式炉RSRS推送式炉推送式炉SXSX实验用箱式炉实验用箱式炉RSURSU隧道式炉隧道式炉SYSY实验用油浴炉实验用油浴炉6表1-3 热处理炉的编号类别代号类别名称类别代号类别名称R1.3 感应加热装置n感应电源n感应器n感应淬火机床n感应加热生产线71.3 感应加热装置感应电源7感应电源 图1-1 典型的感应热处理频率和功率范围 图1-2 电源频率和功率的对应关系8感应电源 图1-1 典型的感应热处理频率和功率范围 感应加热主要基于电磁感应，表面效应和热传感应加热主要基于电磁感应，表面效应和热传导三项基本原理。表面效应亦称集肤效应，使感应导三项基本原理。表面效应亦称集肤效应，使感应电流趋向表面，电流从表面向中心成指数规律衰减。电流趋向表面，电流从表面向中心成指数规律衰减。感应加热设备对钢件的电流热态透入深度与频率平感应加热设备对钢件的电流热态透入深度与频率平方根成反比。方根成反比。频段频段高高 频频超高频超高频中中 频频频率频率500800500800300500300500200300200300100200100200304030408 84 42.52.51 1 800800（mmmm）0.70.560.70.560.90.70.90.71.10.91.10.91.61.11.61.12.92.52.92.55.65.67.97.9101015.815.8表1-4 各种频率的电流热态透入深度 感应加热时，工件尖角、棱边部位的电流密度大，加热速度快，易过热，产生尖角效应，为此设计感应器时应将工件尖角和突出部分处的间隙适当增大。9 感应加热主要基于电磁感应，表面效应和二、热处理设备要求和技术经济指标n热处理全面质量控制n热处理设备要求n热处理设备技术经济指标10二、热处理设备要求和技术经济指标热处理全面质量控制101、热处理全面质量控制内容图2-1 热处理全面质量控制内容111、热处理全面质量控制内容图2-1 热处理全面质量控制内热处理质量控制要求主要内容：n n人员n n作业环境n n设备及仪表n n工艺材料n n工艺n n文件与资料12热处理质量控制要求主要内容：122、热处理设备要求加热设备1、加热炉分类（按有效加热区保温精度区分）2、两支热电偶（一支接记录仪表，一支接控温仪表）3、定期检测有效加热区4、现场使用的温度测量系统5、炉内气氛的控制调节6、渗层深度均匀性检验7、压升率检验8、加热介质的选用9、炉温恢复能力10、感应热处理加热电源输出功率及频率132、热处理设备要求加热设备1、加热炉分类（按有效加热区保温精淬火槽1、设置需满足工件淬火转移时间2、容积需适应连续淬火和工件移动3、应备有槽盖，停用时加盖防护4、油温：10100 水温：10405、循环搅拌及冷却装置6、测温仪表（分辨率不大于5）14淬火槽1、设置需满足工件淬火转移时间14清洗和清理设备1、清洗和清理后，工件表面质量符合工艺文件要求2、清洗用酸碱槽应有明显区分标志3、清理用设备应根据材料分开，不可混用4、有温度要求时，配备测温仪表5、设备使用应符合技术安全要求15清洗和清理设备1、清洗和清理后，工件表面质量符合工艺文件要求仪表1、控温和记录仪表2、标准电位差计3、水银温度计4、现场使用的热电偶5、其他仪表（真空计、压力表等）检测设备及器具1、各种硬度计、电导仪、标准块等2、硬度计使用前用标准硬度块校验3、金相检验及力学、物理性能试验设备定期检验16仪表1、控温和记录仪表检测设备及器具1、各种硬度计、电导仪、盐浴1、盐浴 用盐和校正剂须符合标准2、盐浴常用成分和使用温度范围3、盐浴槽液成分定期分析17盐浴1、盐浴 用盐和校正剂须符合标准173、热处理设备技术经济指标n n功能参数n n运行性能n n可靠性和寿命n n结构n n安全卫生n n配套性n n生产过程和质量183、热处理设备技术经济指标功能参数18功能参数n n炉温均匀n n空炉升温时间n n空炉损耗功率n n炉温稳定度n n表面温升19功能参数炉温均匀19运行性能n n炉内气氛n n最大装载量n n炉子生产能力n n炉子生产率n n工艺适应性n n可比单位能耗n n自动化程度20运行性能炉内气氛20可靠性和寿命n n平均无故障工作时间n n易损件寿命n n大修期21可靠性和寿命平均无故障工作时间21结 构n n热影响n n造型与外观n n操作维修便利性n n工艺性n n标准化系数22结 构热影响22安全卫生n安全防护n公共污染23安全卫生安全防护23配套性n成套水平n技术文件齐全性24配套性成套水平24生产过程和质量n n主要零部件的加工质量n n装配质量n n材质和加工工艺n n涂漆和防锈25生产过程和质量主要零部件的加工质量25三、真空与等离子热处理炉 真空与等离子热处理设备具有高效、优质、低耗和无污染等一系列优点，是近代热处理设备发展的热点之一。n n真空热处理炉的基本类型、性能考核与使用维修；真空热处理炉的基本类型、性能考核与使用维修；n n等离子热处理炉的基本类型、维修与保养；等离子热处理炉的基本类型、维修与保养；n n真空高压气淬炉；真空高压气淬炉；n n真空渗碳炉。真空渗碳炉。26三、真空与等离子热处理炉 真空与等1、真空热处理炉分类方法分类方法内容内容用途用途真空退火炉、真空淬火炉、真空回火炉、真空真空退火炉、真空淬火炉、真空回火炉、真空渗碳炉、真空钎焊炉、真空烧结炉等渗碳炉、真空钎焊炉、真空烧结炉等真空度真空度低真空炉（低真空炉（133313331.33101.3310-1-1PaPa）、）、高真空炉（高真空炉（1.33101.3310-2-21.33101.3310-4-4PaPa）、）、超高真空炉（超高真空炉（1.33101.3310-4-4PaPa以上）以上）工作温度工作温度低温炉（低温炉（700700）、）、中温炉（中温炉（70070010001000）、）、高温炉（高温炉（10001000）作业性质作业性质间歇式作业炉、半连续作业炉、连续作业炉间歇式作业炉、半连续作业炉、连续作业炉炉型炉型立式炉、卧式炉、组合式炉立式炉、卧式炉、组合式炉热源热源电阻加热、感应加热、电子束加热、等离子加热电阻加热、感应加热、电子束加热、等离子加热炉子结构与加热方式炉子结构与加热方式外热式真空热处理炉、内热式真空热处理炉外热式真空热处理炉、内热式真空热处理炉表3-1 真空热处理炉的基本类型271、真空热处理炉分类方法内容用途真空退火炉、真空淬火炉、真空图3-1 各种类型的气冷真空炉A)立式单室炉B)卧室单式炉C、D)双式炉E)三式炉28图3-1 各种类型的气冷真空炉28图3-2 气冷真空炉结构a）内循环气冷真空炉 b）外循环气冷真空炉29图3-2 气冷真空炉结构29图3-3 带对流加热的气冷真空炉结构a)单循环风扇 b)双循环风扇30图3-3 带对流加热的气冷真空炉结构30真空热处理炉的性能考核n n极限真空度的测量n n空炉抽空时间的测量n n压升率的测量n n工作真空度的测量n n空炉升温时间的测量n n炉温均匀度的测量31真空热处理炉的性能考核极限真空度的测量31真空热处理炉的维修保养n n停炉后，炉内需保持在停炉后，炉内需保持在6.65106.65104 4PaPa以下的真空状态以下的真空状态n n保持炉内清洁和干燥保持炉内清洁和干燥n n零部件拆装应保持清洁和干燥零部件拆装应保持清洁和干燥n n炉子外表面保持清洁炉子外表面保持清洁n n防止水分、污物进炉内防止水分、污物进炉内n n传动件发现卡位、限位不准及控制失灵时，不要强行操作传动件发现卡位、限位不准及控制失灵时，不要强行操作n n传动件定时加油换油传动件定时加油换油n n配套件在产品技术说明书进行使用、维修和保养配套件在产品技术说明书进行使用、维修和保养n n维修操作在停电情况下进行，保证人员和设备安全维修操作在停电情况下进行，保证人员和设备安全32真空热处理炉的维修保养停炉后，炉内需保持在6.65104P2、等离子热处理炉图3-6 离子渗碳炉组成1、冷却水回水管 2、冷却水阀门 3、真空炉体 4、自动空气开关 5、电源控制柜 6、减压阀 7、氢气瓶 8、9、氨气软管 10、阴极导线332、等离子热处理炉图3-6 离子渗碳炉组成33图3-7 离子热处理炉原理框图34图3-7 离子热处理炉原理框图34图3-8 离子渗碳生产线35图3-8 离子渗碳生产线35等离子热处理炉的维护与保养n n电源控制系统1.1.保持清洁保持清洁2.2.定期检查、调整电压波形定期检查、调整电压波形3.3.发现辉光严重闪动，调整三相平衡发现辉光严重闪动，调整三相平衡n n真空炉体1.1.定期检查供水与排水是否顺畅定期检查供水与排水是否顺畅2.2.及时清理溅射物及时清理溅射物3.3.及时清理炉壁、阳极上的沉积溅射物和毛刺及时清理炉壁、阳极上的沉积溅射物和毛刺4.4.定期清理观察窗玻璃上的溅射物定期清理观察窗玻璃上的溅射物5.5.真空泵油使用期限真空泵油使用期限3-63-6个月个月36等离子热处理炉的维护与保养电源控制系统363、真空高压气淬炉优点：1.1.工件表面质量好2.2.淬火时温度均匀，工件畸变小3.3.淬火强度可控性好4.4.可避免油气污染，环保，简化工序373、真空高压气淬炉优点：37冷却能力影响因素n n冷却气体压力图3-9 气体压力和淬火速度间的关系曲线38冷却能力影响因素冷却气体压力图3-9 气体压力和淬火速度间n n冷却气体种类图3-10 各种气体在不同压力下的热导率39冷却气体种类图3-10 各种气体在不同压力下的热导率39其他因素n n采用大换热器，以降低淬火气体温度n n加大气体气流n n改单向气流为360周向高压喷射流n n控制上下交替高压喷射或上下、左右交替喷射流40其他因素采用大换热器，以降低淬火气体温度40真空高压气淬优势提高冷却速度图3-11 真空加压气淬冷速测定 图3-12 140mm工件心部的冷却速度41真空高压气淬优势提高冷却速度图3-11 真空加压气淬冷速真空高压气淬的淬硬能力42真空高压气淬的淬硬能力42各种工具真空气淬结果43各种工具真空气淬结果43图3-13 带对流加热的真空高压气淬炉真空高淬气淬炉最新发展44图3-13 带对流加热的真空高压气淬炉真空高淬气淬炉最新发图3-14 对流加热与真空辐射加热的对比45图3-14 对流加热与真空辐射加热的对比45图3-15 高压气淬冷却模式（a）、（b）上下、左右交替喷气；（c）、（d）左右交替喷气；（e）、（f）上下交替喷气46图3-15 高压气淬冷却模式46图3-16 VUTK型高压气淬真空炉结构示意图1冷却风机系统；2隔热层；3热交换器；4水冷炉壳；5气缸；6可移动式喷嘴排；7对流加热风机47图3-16 VUTK型高压气淬真空炉结构示意图47真空炉LCP启动技术n n方式：直接启动&软启动器启动n n启动过程：A.停止加热 B.充气至1000毫巴 C.低速启动风机 D.切换至高速 E.充气至气淬压力48真空炉LCP启动技术方式：直接启动&软启动器启动48采用LCP启动n n启动过程：启动过程：A.A.低速启动气冷风机低速启动气冷风机 B.B.切换至高速切换至高速 C.C.停止加热停止加热 D.D.充气至淬火压力充气至淬火压力快冷风机功率快冷风机功率LCPLCP配置配置启动电流启动电流160kw160kw未安装未安装3600A3600A160kw160kw安装安装570A570A表3-6 真空炉快冷风机启动电流比较49采用LCP启动启动过程：A.低速启动气冷风机快冷风机功率L采用LCP启动的优点n n大大降低峰值附和的能耗n n风机启动消耗低n n供电系统投资少n n减少冷却时间n n对低淬透性钢也有较好的淬火效果50采用LCP启动的优点大大降低峰值附和的能耗50图3-17 三种风机启动方式的比较51图3-17 三种风机启动方式的比较514、真空渗碳炉n n低压渗碳存在的问题：1.1.炭黑问题2.2.渗碳均匀性问题3.3.工艺程序制定，过程控制及重复性问题524、真空渗碳炉低压渗碳存在的问题：52真空渗碳工艺图3-18 几种真空渗碳工艺流程（a）一段式（b）脉冲式（c）摆动式53真空渗碳工艺图3-18 几种真空渗碳工艺流程53表3-7 渗碳温度的选用范围54表3-7 渗碳温度的选用范围54渗碳时间 在渗碳气中的碳浓度与奥氏体中碳饱和溶解度相等的情况下，渗碳深度D与渗碳温度T，渗碳总时间t的关系式如下：式中，D总渗碳深度（mm）；t 渗碳总时间，包括渗碳和扩散时间（h）；T渗碳温度（K）；K渗碳速度系数。55渗碳时间式中，D总渗碳深度（mm）；55乙炔低压渗碳的优点n n小孔及盲孔均可均匀渗碳n n乙炔有很高的碳势及高的渗碳能力n n最高的表面碳含量及最深的渗层深度n n乙炔的碳流量值最高n n渗碳层组织完全没有晶间氧化n n产品完全清洁光亮，省去清洗工序56乙炔低压渗碳的优点小孔及盲孔均可均匀渗碳56真空渗碳设备n单台真空渗碳炉n真空渗碳炉生产线57真空渗碳设备单台真空渗碳炉57图3-19 VCOQ2型真空渗碳炉58图3-19 VCOQ2型真空渗碳炉58图3-20 ICBP系列低压渗碳高压气淬炉59图3-20 ICBP系列低压渗碳高压气淬炉59图3-21 mult-i-cell型多室真空渗碳生产线60图3-21 mult-i-cell型多室真空渗碳生产线60四、可控气氛炉n n可控气氛的分类：1.1.碳氢化合物2.2.氮基气氛3.3.氨制备气氛4.4.有机液体的滴注式气氛61四、可控气氛炉可控气氛的分类：61可控气氛热处理炉分类周期作业炉连续作业炉井式炉罩式炉倾倒式滚筒炉密封箱式炉（带前室，带后市）振底式炉输送带式炉（网带、铸链带）推杆式（贯通式、多室式）辊底炉转底炉62可控气氛热处理炉分类周期作业炉连续作业炉井式炉振底式炉62特性与基本要求n n密封性n n气氛的均匀性与气体的流动n n炉内气氛对炉子砌体和构件的作用n n安全问题63特性与基本要求密封性63 操作安全n n车间规章制度n n控制气氛热处理设备安全操作和管理n n人员培训64 操作安全车间规章制度64图4-1 SOLO底装料立式多用炉组成底装料立式多用炉65图4-1 SOLO底装料立式多用炉组成底装料立式多用炉65图4-2 SOLO底装料立式多用炉工作原理66图4-2 SOLO底装料立式多用炉工作原理66炉内金属罐的优点n n炉气被隔离在炉罐内，恢复和转换快，生产效率高炉气被隔离在炉罐内，恢复和转换快，生产效率高n n加热元件在炉罐外，提高使用寿命和使用温度加热元件在炉罐外，提高使用寿命和使用温度n n减少气体损耗，降低生产成本减少气体损耗，降低生产成本n n炉罐与炉膛之间通冷气，提高冷却质量炉罐与炉膛之间通冷气，提高冷却质量n n启动和停炉方便，适合多品种小批量生产启动和停炉方便，适合多品种小批量生产67炉内金属罐的优点炉气被隔离在炉罐内，恢复和转换快，生产效率高立式轴向设计的优点n n加热元件均匀分布在工件周围，采用三区七支热电偶关联控温，循环风机和导风装置进行对流循环，保证炉温均匀性和气氛均匀性。n n控温精度控温精度 1 1 炉温均匀性炉温均匀性 5 5 碳势控制精度和均匀性碳势控制精度和均匀性 0.05%C 0.05%C 碳势控制精度：氨分解率（碳势控制精度：氨分解率（10-80%10-80%）1%1%或或K KN N 0.01 0.0168立式轴向设计的优点加热元件均匀分布在工件周围，采用三区七支热n n基本要求：基本要求：1.1.炉子密封性好炉子密封性好2.2.保证炉内正压，炉温均匀性保证炉内正压，炉温均匀性 3 3553.3.气氛均匀达到渗碳层偏差气氛均匀达到渗碳层偏差 0.05 0.050.1mm0.1mm4.4.渗碳层组织在渗碳层组织在1 14 4级级5.5.波动范围波动范围2 23 3 级级6.6.白亮层白亮层 0.01mm 0.01mm7.7.氨分解率波动氨分解率波动1%1%1.5%1.5%精密可控渗碳炉69基本要求：精密可控渗碳炉69n n主要技术1.1.采用氨高温裂解作为载气，可精确调整炉内氮势；2.2.通过传感器、精密流量阀和氮控仪实现闭路控制；3.3.渗氮数据库和专家系统，可制定渗氮工艺和仿真控制；4.4.去除不锈钢钝化膜的专利技术，较好的解决了不锈钢渗氮工艺。70主要技术70精密可控渗氮炉调试n n气体流量控制器的校验n n压力传感器的校验n n氢分仪的校验精密可控渗氮炉故障处理n n紧急冷却程序n n恢复渗氮进程n n中止渗氮进程71精密可控渗氮炉调试气体流量控制器的校验精密可控渗氮炉故障处理n n设备选型依据设备选型依据1.1.零件热处理工艺要求、技术条件零件热处理工艺要求、技术条件2.2.零件形状、尺寸、重量和材质零件形状、尺寸、重量和材质3.3.零件生产量和劳动量零件生产量和劳动量4.4.热处理所需的辅料及能源供应热处理所需的辅料及能源供应5.5.车间劳动安全卫生和环保要求车间劳动安全卫生和环保要求6.6.设备投资和运行成本设备投资和运行成本7.7.与前后工序的关系和衔接与前后工序的关系和衔接8.8.企业与车间的自动化、机械化、现代物流和现代管理要求企业与车间的自动化、机械化、现代物流和现代管理要求9.9.项目所在地及企业的特殊要求和条件项目所在地及企业的特殊要求和条件热处理设备选择72设备选型依据热处理设备选择72n选型原则1.1.可靠性2.2.先进性3.3.经济性4.4.安全无公害73选型原则73五、感应加热设备的选择n n频率选择n n功率确定n n设备生产率74五、感应加热设备的选择频率选择74辅助设备的选择n n可控气氛发生装置n n淬火槽1.1.容积容积2.2.冷却系统冷却系统n n清洗设备n n清洗及强化设备n n校直设备n n起重运输设备75辅助设备的选择可控气氛发生装置75Q&A问答环节敏而好学，不耻下问。学问学问，边学边问。Heisquickandeagertolearn.Learningislearningandasking.76Q&A问答环节敏而好学，不耻下问。学问学问，边学边问。添加标题添加标题添加标题添加标题此处结束语点击此处添加段落文本.您的内容打在这里，或通过复制您的文本后在此框中选择粘贴并选择只保留文字77添加标题添加添加添加标题此处结束语点击此处添加段落文本 .感谢聆听Theusercandemonstrateonaprojectororcomputer,orprintthepresentationandmakeitintoafilm讲师：XXXX日期：20XX.X月78感谢聆听讲师：XXXX日期：20XX.X月78